We report improved whole-genome shotgun sequences for the genomes of indica and japonica rice, both with multimegabase contiguity, or almost 1,000-fold improvement over the drafts of 2002. Tested against a nonredundant collection of 19,079 full-length cDNAs, 97.7% of the genes are aligned, without fragmentation, to the mapped super-scaffolds of one or the other genome. We introduce a gene identification procedure for plants that does not rely on similarity to known genes to remove erroneous predictions resulting from transposable elements. Using the available EST data to adjust for residual errors in the predictions, the estimated gene count is at least 38,000–40,000. Only 2%–3% of the genes are unique to any one subspecies, comparable to the amount of sequence that might still be missing. Despite this lack of variation in gene content, there is enormous variation in the intergenic regions. At least a quarter of the two sequences could not be aligned, and where they could be aligned, single nucleotide polymorphism (SNP) rates varied from as little as 3.0 SNP/kb in the coding regions to 27.6 SNP/kb in the transposable elements. A more inclusive new approach for analyzing duplication history is introduced here. It reveals an ancient whole-genome duplication, a recent segmental duplication on Chromosomes 11 and 12, and massive ongoing individual gene duplications. We find 18 distinct pairs of duplicated segments that cover 65.7% of the genome; 17 of these pairs date back to a common time before the divergence of the grasses. More important, ongoing individual gene duplications provide a never-ending source of raw material for gene genesis and are major contributors to the differences between members of the grass family.

We describe a genetic variation map for the chicken genome containing 2.8 million single-nucleotide polymorphisms (SNPs). This map is based on a comparison of the sequences of three domestic chicken breeds (a broiler, a layer and a Chinese silkie) with that of their wild ancestor, red jungle fowl. Subsequent experiments indicate that at least 90% of the variant sites are true SNPs, and at least 70% are common SNPs that segregate in many domestic breeds. Mean nucleotide diversity is about five SNPs per kilobase for almost every possible comparison between red jungle fowl and domestic lines, between two different domestic lines, and within domestic lines—in contrast to the notion that domestic animals are highly inbred relative to their wild ancestors. In fact, most of the SNPs originated before domestication, and there is little evidence of selective sweeps for adaptive alleles on length scales greater than 100 kilobases.

Biogeochemical processes of atmospherically deposited cadmium (Cd) in soils and accumulation in rice were investigated through a three-year fully factorial atmospheric exposure experiment using Cd stable isotopes and diffusive gradients in thin films (DGT). Our results showed that approximately 37–79% of Cd in rice grains was contributed by atmospheric deposition through root and foliar uptake during the rice growing season, while the deposited Cd accounted for a small proportion of the soil pools. The highly bioavailable metals in atmospheric deposition significantly increased the soil DGT-measured bioavailable fraction; yet, this fraction rapidly aged following a first-order exponential decay model, leading to similar percentages of the bioavailable fraction in soils exposed for 1–3 years. The enrichment of light Cd isotopes in the atmospheric deposition resulted in a significant shift toward lighter Cd isotopes in rice plants. Using a modified isotopic mass balance model, foliar and root uptake of deposited Cd accounted for 47–51% and 28–36% in leaves, 41–45% and 22–30% in stems, and 45–49% and 26–30% in grains, respectively. The implications of this study are that new atmospheric deposition disproportionately contributes to the uptake of Cd in rice, and managing emissions thus becomes very important versus remediation of impacted soils.

Fly ash (FA) is characterized by its porous structure and richness in silicon and aluminum oxides; thus, it can be used as an adsorbent for heavy metals. In order to enhance the absorption efficiency and stabilization effect, we prepared a new fly ash (FAKCa) using calcium hydroxide (Ca(OH)2) and phosphate (KH2PO4) through a simple one-step low-temperature alkali dissolution method and investigated its adsorption performance for lead and cadmium in water solutions and the stabilization effects of lead and cadmium in soils under flooding condition. Results showed that the Langmuir model best fit the adsorption behavior of lead and cadmium, and the maximal adsorption capabilities of lead (128 mg/g) and cadmium (39.1 mg/g) for FAKCa were increased by 236% and 14.5% compared with the unmodified FA, respectively. The adsorption of lead and cadmium by FAKCa was better fitted to the second-order kinetic model. The enhancement of adsorption capacities for lead and cadmium may be partly due to the specific surface area of FAKCa, which was increased by 94.0% compared to unmodified FA. FTIR, XRD, and XPS analysis showed that the Si-O and Al-O functional groups, carbonate, and hydroxide precipitation were facilitated by the adsorption of lead and cadmium. Thus, ion exchange, surface complexation, and formation of metal hydroxide and carbonate precipitation were the main adsorption mechanisms for lead and cadmium by FAKCa. In addition, the application of 0.1–0.6% FAKCa increased soil pH by 0.19–0.67 units and decreased the CaCl2-extractable lead by 12.3–86.5% compared to FA. Meanwhile, FAKCa was more effective in transforming lead and cadmium from exchangeable to stable fractions. This study shows that calcium hydroxide–phosphate-modified fly ash could effectively increase the adsorption and stabilization of lead and cadmium and, thus, has great potential for large-scale applications in contaminated soil.

Aiming at the problems of difficult parameter setting, low control accuracy and poor robustness of PID controller in traditional control system, a set of vertical rod wind balance system with STM32F103T8U6 single chip microcomputer as the main control chip is designed. The core of the system is composed of the top device of the rod and the bottom device of the rod. Four fans, gyroscopes and single-chip microcomputers are mounted on top of a 500 mm long, 8.5 mm diameter rod. Its control system is a closed-loop system composed of control unit, motor unit and attitude detection unit. The control unit transmits PWM wave to the motor for initial speed control, and processes the attitude angle data collected by MPU6050 gyroscope to correct the PWM wave, so as to adjust the rotation of the fan to achieve closed-loop control. A gyroscope is installed at the bottom of the rod to measure the inclination angle of the rod and study the effect of the upright rod control algorithm. The experimental results show that the design can display the attitude of the rod in real time, and has the advantages of high control precision and fast response time.

Abstract Soils are a principal global reservoir of mercury (Hg), a neurotoxic pollutant that is accumulating through anthropogenic emissions to the atmosphere and subsequent deposition to terrestrial ecosystems. The fate of Hg in global soils remains uncertain, however, particularly to what degree Hg is re-emitted back to the atmosphere as gaseous elemental mercury (GEM). Here we use fallout radionuclide (FRN) chronometry to directly measure Hg accumulation rates in soils. By comparing these rates with measured atmospheric fluxes in a mass balance approach, we show that representative Arctic, boreal, temperate, and tropical soils are quantitatively efficient at retaining anthropogenic Hg. Potential for significant GEM re-emission appears limited to a minority of coniferous soils, calling into question global models that assume strong re-emission of legacy Hg from soils. FRN chronometry poses a powerful tool to reconstruct terrestrial Hg accumulation across larger spatial scales than previously possible, while offering insights into the susceptibility of Hg mobilization from different soil environments.